主题：H类功率放大器

新H类音频功率放大器

上海奉贤开源电器厂 徐耀忠 供稿

发表于-1997年6月8号第23期第12版 电子报

PWN功放（D类功放）的理论效率为100%，实际整机效率在扣除开关管压降、过度消耗、LC低通滤波器及电源部分或输出变压器消耗后还约为85%，这是很了不起的效率指标。D类功放的瞬态响应失真及电磁兼容性能一直是困扰设计者的难题，为此我厂几年前开发了新的H类功率放大器，并把该技术用于收放扩多用途JK275-1F扩音机产品（专利授权公告号：CN1020227C）。

在图2中，放大器采用V_L、V_R两档高低值不同的电源， R_L为功放的负载电阻。Q1为担任功率放大用的功率管，本文称工作管，Q2为补偿Q1管压降用的功率发大管，称补偿管。IC为Q1管压降取样和放大器件。当Q1有讯号输入时，Q1开始导通，输出电流在负载电阻上产生输出电压V_RL。此时功放电能由V_L提供。随着输入信号增大，输出电压也线性增大。当Q1管压降到某一较小的设定值是时，IC开始工作，输出电压进一步线性增大。此时功放的电能由V_R提供。接着Q2先饱和，Q1继续线性工作，直至Q1饱和。电声行业中称此种采用高低两档电源电压，使功率放大器始终处于较小管压降的放大器为H类功放。显而易见，H类功放效率较高。

本厂发明的新H类功放特点在于功放高电压V_R接入的检测信号来自发大管的瞬态管压降，而不是取自功放的瞬时输出电压。这样的改进产生以下效果：1.高电压V_R的加入具有负反馈性质，由原来的开关加入变为补偿加入。功放的末级组态可以是共集电路也可以是工发电路；2.新H类功放具有更高的效率；3.高电压加入科采用PWM方式，组成开关-线性功放；4.新H类功放末级可设计成高效率A类功放。

由于H类功放的两档电压V_L、V_R可根据功放实际工作状态取优化值，比如用于400Hz等副正选波放大，可取V_L=0.5V_H。用于扩声，由于输出峰值电压几率相对较小，可取V_L=0.5V_H。不同的V_L、V_R将会影响功放电源利用效率。H类功放的最高正弦波理论效率为88%。

仙鹤JK275-1F扩音机原理见图1.图中Q3、Q4是推挽功率放大管。由于输入信号是加在栅源之间，故末级组态看似共漏输出，其实是共源输出。Q6、Q7组成管压降取样或门电路，图中稳压管电压取0.1V_L约15伏，当Q3、Q4中某一个管子导通后的压降低于15伏时，Q6、Q7中就相应有一个导通。电路的其他部分较好理解，在此不赘述。本功放电路只要把图中的虚线部分改成图3的PWM方式，并为Q3，Q4增设偏流电源，此新H类功放即可改变成开关-线性功放，使效率达到90%以上。其最妙处还在于放大器的工作过程由PWM完成放大波形的粗调，再由线性原件完成负反馈细调。故功放的效果接近PWM方式，整机的实际效率可达80%，而输出特征于常规功放相仿。

图4至图7是新H类功放的各点波形，其中图4、图5是功率管Q3 、Q4漏源电压波形，图6是Q5的电流波形，图7是功放的输出波形。观察各处波形光滑而无有害的突峰，说明功放输出失真很小。且高次谐波量很小。本功放在管子选配及仪器调试良好时能达到的技术指标为频响40kHz-16kHz，失真2%。考虑到实际使用要求和批量生产，我厂把该机定位国标定压功放二级机；频响80Hz-8kHz，失真5%。功放的整机效率75%。实际使用时因为本功放功率管偏置电路电路性能良好，大小功率输出均不出现交越失真，功放开环失真小于10%，闭环失真中频区为1.5%。当扩音机语言扩声及中波收音时声音清晰，无可闻噪声。播放高音质磁带、FM收音或外接CD音源并配备良好输送变压器及组合音箱时更觉得音质优美和丰满。